讀表器外殼注塑成型CAE分析及其模具設(shè)計

題目學(xué)生姓名專業(yè)班級成型17-3班所在院系材料科學(xué)與工程學(xué)院指導(dǎo)教師職稱副教授所在單位材料成型系教研室主任完成日期2021年6月15日摘要本文對某公司生產(chǎn)的讀表器外殼進行注塑成型。讀表器外殼屬于板狀外殼類塑件，外形較為簡單，屬于小型塑件。在設(shè)計本塑件時，由于其結(jié)構(gòu)典型，不僅適用于讀表器外殼，同時適用于一些小型產(chǎn)品外殼塑件，所以對讀表器外殼的模具設(shè)計具有廣泛的意義。本文對讀表器外殼注塑模具設(shè)計進行了詳細的介紹，首先分析讀表器外殼的成型工藝性，確定型腔數(shù)量和分型面，初選注塑機，通過校核注射量，注射壓力以及鎖模力完成注塑機的選取。同時使用UG12.0軟件對塑件進行三維實體造型。將塑件的UG三維模型導(dǎo)入Moldflow2019中進行CAE分析。進行塑件的澆口和成型窗口分析。然后初步確定了兩種澆注方案，并對兩種澆注方案開展CAE分析，比較它們的優(yōu)缺點，確定最終的澆注方案。進而計算成型零部件尺寸，確立型腔和型芯的結(jié)構(gòu)。同時對脫模機構(gòu)進行設(shè)計并完成了校核。然后選取模架和一些標(biāo)準(zhǔn)件，最后對冷卻系統(tǒng)進行設(shè)計和CAE分析，初步給出了模具的估價。本次設(shè)計對于一些中小型外殼類塑件注塑模具設(shè)計具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：注塑成型模具設(shè)計CAE分析AbstractInthisarticle,ameterreadershellproducedbyacompanyisinjection-molded.Themeterreadershellisaplate-shapedshellplasticpartwitharelativelysimpleappearanceandisasmallplasticpart.Whendesigningthisplasticpart,duetoitstypicalstructure,itisnotonlysuitableforthehousingofthemeterreader,butalsoforsomesmallproducthousingplasticparts,soithasawiderangeofsignificanceforthemolddesignofthemeterreaderhousing.Thisarticlegivesadetailedintroductiontothedesignoftheinjectionmoldforthemeterreaderhousing.First,analyzethemoldingprocessofthemeterreaderhousing,determinethenumberofcavitiesandpartingsurfaces,selecttheinjectionmoldingmachine,andchecktheinjectionvolume,injectionpressureandlock.Themoldforcecompletestheselectionoftheinjectionmoldingmachine.Atthesametime,UG12.0softwareisusedtocarryoutthree-dimensionalsolidmodelingofplasticparts.ImporttheUG3DmodeloftheplasticpartintoMoldflow2019forCAEanalysis.Analyzethegateandmoldingwindowofplasticparts.Thentwopouringschemeswereinitiallydetermined,andCAEanalysiswascarriedoutonthetwopouringschemes.Bycomparingthierstrengthsandweaknesses,thefinalpouringschemewasdetermined.Thencalculatethesizeofthemoldedpartsandestablishthestructureofthecavityandcore.Atthesametime,theejectionmechanismwasdesignedandchecked.Thenselectthemoldbaseandsomestandardparts,andfinallycarryoutthedesignandCAEanalysisofthecoolingsystem,andgiveapreliminaryestimateofthemold.Thisdesignhascertainreferencesignificanceforthedesignofinjectionmoldsforsomesmallandmedium-sizedshellplasticparts.Keywords：InjectionMoldingMoldDesignCAEAnalysis目錄TOC\o"1-3"\h\u前言 第二章注塑機的選擇

2.1塑件體積和質(zhì)量的計算通過UG建模軟件可直接分析得出塑件體積V塑為36613.0815mm3，如圖2-1所示。塑件質(zhì)量可通過m塑=V塑×ρ圖2-1塑件體積2.2型腔數(shù)量的確定此讀表器外殼屬于小型塑件，形狀比較規(guī)則，精度一般，需要批量生產(chǎn)。從經(jīng)濟性考慮，不宜采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，同時為了防止模具結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和降低塑件精度，本次設(shè)計采用一模兩腔。2.3型腔布局的確定通過查閱參考文獻[3]初步擬定中心距為120mm，型腔布置方式如圖2-2所示。圖2-2型腔布局示意圖2.4分型面的確定由于本塑件為外殼類，在確定分型面時，要充分考慮分型面的位置應(yīng)選在最大截面處，同時也要確定該分型面讓模具結(jié)構(gòu)簡單，在開模時要確定塑件留在型芯上。分型面設(shè)計如圖2-3所示。圖2-3分型面示意圖2.5注塑機的初選注塑機的注射量受塑件體積以及澆注系統(tǒng)體積的影響，因澆注系統(tǒng)還未進行設(shè)計，根據(jù)參考文獻凝料體積估算：V總=根據(jù)V公?V總÷α，α取選擇注射機為SZ-200/120，參數(shù)見表2。表2SZ-200/12工藝參數(shù)表工藝工藝參數(shù)工藝工藝參數(shù)理論注射量/cm3200拉桿內(nèi)向距/mm335×385螺桿柱塞直徑/mm42移模行程/mm350注射壓力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/g·s-1120最小模具厚度/mm230塑化能力/kg·h70鎖模形式雙曲肘螺桿轉(zhuǎn)速/r·min-10~220模具定位孔直徑/mm125鎖模力/kN1200噴嘴球半徑/mm15噴嘴孔直徑/mm42.6注塑機的校核2.6.1最大注塑量的校核由上文可知澆注系統(tǒng)注射量為131.25cm3,設(shè)計時選用的注塑機SZ-200/120理論注射量為200cm3。合格。2.6.2鎖模力的校核根據(jù)UG建模軟件可得出，塑件在分型面上的投影面積為A塑=8844.403mm2塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為A總=1.35nA塑=23878.8mm22.6.3注射壓力的校核注射壓力校核注射壓力校核：k'p0=110×1.3=143MPa﹤合格。

第三章CAE分析塑料成型模流分析軟件（CAE）可以通過已設(shè)定的各種參數(shù)來模擬在注塑的各種階段，例如填充，保壓，冷卻等。同時塑料成型CAE軟件還可以通過它的設(shè)計功能，在對模具設(shè)計時可以帶來重要的參考依據(jù)，以免出現(xiàn)實體模具尺寸偏差等問題。其次，還可以運用塑料成型CAE軟件可有效減少在工廠試驗的時間，而且還能從分析以此來驗證產(chǎn)品設(shè)計的方案是否可行，以免制成后出現(xiàn)塑件裂紋等一系列缺陷。塑料成型CAE軟件還可在模具設(shè)計過程中及時發(fā)現(xiàn)潛在隱患，包括模具形狀、尺寸不符合實際標(biāo)準(zhǔn)等，這些都可在塑料成型CAE軟件下得以解決。此章CAE分析主要介紹如何使用Moldflow進行分析，后續(xù)章節(jié)會詳細介紹如何進行充填分析，冷卻分析等[4]。3.1模型的導(dǎo)入在對塑件進行分析之前，首先要完成的是將三維塑件轉(zhuǎn)換成CAE軟件的文件格式（STL.）通過創(chuàng)建工程以此來導(dǎo)入塑件，如圖3-1所示。圖3-1模型導(dǎo)入3.2網(wǎng)格的劃分在進行分析時，第一步為將三維塑件進行網(wǎng)格劃分，由于在導(dǎo)入塑件時選擇的網(wǎng)格劃分為雙層面，即網(wǎng)格劃分是在表面，所以在劃分網(wǎng)格時，所用的單元是三角點三角形。通過自動生成網(wǎng)格如圖3-2所示。圖3-2網(wǎng)格劃分劃分完網(wǎng)格之后，為了能夠進行正常的模擬，縱橫比不能過大和若有其他網(wǎng)格缺陷，需通過診斷和修復(fù)才能進行分析。本塑件劃分網(wǎng)格之后通過進行網(wǎng)格統(tǒng)計，三角形個數(shù)為12992個，連接的節(jié)點有6490個，連通區(qū)域有1處，無不可見三角形，表面面積為313.195cm2,體積為36.5934cm3,平均縱橫比在1.74，無配向不正確的單元，匹配百分百為94.2%。得出結(jié)論適合進行雙層面分析。3.3最佳澆口位置的分析在對塑件進行網(wǎng)格劃分之后，沒有網(wǎng)格缺陷的基礎(chǔ)上才能進行其他分析。在對最佳澆口位置進行分析時要對塑件的材料，分析序列，工藝設(shè)置進行選擇，本塑件材料選擇為ABS，分析序列為澆口位置，工藝設(shè)置為注塑機的參數(shù)。分析后的結(jié)果如圖3-3所示。圖3-3澆口位置分析3.4成型窗口的分析成型窗口分析的作用是用于定義能夠生產(chǎn)合格產(chǎn)品的成型工藝條件范圍。如果位于這個范圍中，則可以生產(chǎn)出質(zhì)量較好的塑件。步驟同澆口位置分析類似，在選擇分析序列是設(shè)置為成型窗口[5]。3.4.1區(qū)域分析如圖3-4所示為區(qū)域分析。通過分析，該區(qū)域均可行。圖3-4區(qū)域分析3.4.2成型窗口推薦的工藝參數(shù)通過成型窗口分析之后得出的最佳參數(shù)見表3。表3最佳工藝參數(shù)表工藝最佳工藝參數(shù)推薦的模具溫度52.50℃推薦的熔體溫度280.00℃推薦的注射時間0.4904s

第四章澆注系統(tǒng)的設(shè)計

澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔各處，以便獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品的成型質(zhì)量，成型周期。澆注系統(tǒng)的設(shè)計主要包含流道設(shè)計，澆口的設(shè)計，冷料穴的設(shè)計。4.1主流道的設(shè)計從注塑模具與噴嘴接觸的部位到分流道的一段塑料熔體流經(jīng)的流道被稱為主流道。主流道的形狀，大小會直接影響熔體的流動速度和注射時間。流道截面有圓形截面，U形截面，梯形截面和半圓形截面等。通過比較四種截面的流動性，本設(shè)計采用圓形截面。（1）主流道進口端直徑：查閱表2可知SZ-200/120型注塑機的噴嘴口直徑為4mm。查閱參考文獻[6]表5-2可知：則主流道進口端直徑d=注射機噴嘴孔直徑+(0.5~1)mm，則d=4+1=5mm。（2）主流道進口端球面半徑：查閱表2可知SZ-200/120型注塑機的噴嘴球半徑為18mm。查閱參考文獻[6]表5-2可知：主流道進口端球面半徑SR=注射機噴嘴球面半徑+(1~2)mm，則SR=15+1=16mm。（3）主流道球面配合高度：查閱表2可知：主流道球面配合高度h取值為3~5，故取h=3。

（4）主流道錐角：查閱參考文獻[6]表5-2可知：主流道錐角ɑ取值為2°~6°，故取ɑ=2°。（5）主流道長度：查閱參考文獻[6]表5-2可知：主流道長度L取值盡量≦60，但為了與模架相適應(yīng)，后經(jīng)修改故取L=74mm。（6）主流道大端直徑：查閱參考文獻[6]表5-2可知：主流道大端直徑D取值為8mm。4.2分流道的設(shè)計從主流道流出塑料后經(jīng)過的流道分別為第一分流道，第二分流道，第三分流道，以此類推。通過查閱參考文獻[8]3.3.1流道的設(shè)計，給出的分流道為：第一分流道為φ4mm~φ6mm;第二分流道為φ3mm~φ5mm。在此次設(shè)計中，由于主流道末端直徑為8mm，故為了保證流道之間差距較小，第一分流道直徑為6mm，第二分流道直徑為4mm。由于本次模具設(shè)計為一模兩腔，排列方式通過查閱參考文獻[8]，暫定兩種設(shè)計，如圖4-1和圖4-2所示。圖4-1方案1圖4-2方案24.3澆口的設(shè)計入水方式是塑料進入模具型腔的方法，主要有細水口入水方式和大水口入水方式。本設(shè)計采用大水口入水方式，特點有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，注塑速度較快，生產(chǎn)效率高等等。大水口結(jié)構(gòu)大致有8種，從結(jié)構(gòu)簡單考慮，本設(shè)計采用平行水口。長度和寬度均取為2，高度取為1。如圖4-3所示。圖4-3澆口而入水口位置的確定會影響很多，例如塑件的外觀，塑件的性能，塑件的充填情況，加工的難度等等。但為了使模具加工簡單，提高工作效率，此最佳澆口位置僅為一個參考，在設(shè)計本塑件時，設(shè)計出了兩種澆注方式。如上圖4-1和圖4-2所示。

4.4冷料穴的設(shè)計在填充時，冷料穴的作用是在注塑模中用來儲存注射間隔期間產(chǎn)生的冷料，從而使射進模具的都是熱膠料有利于成型，同時保證產(chǎn)品的質(zhì)量。冷料穴有兩種分別是主流道冷料穴和分流道冷料穴，主流道藏冷料的地方可通過水口頂針來完成，所以此處設(shè)計為分流道冷料穴設(shè)計。通過公式E=（1.5~2）φd圖4-4冷料穴4.5澆注系統(tǒng)的優(yōu)化注塑模的充填過程是指將塑料充滿模具的過程，此過程對于整個塑料成型尤為關(guān)鍵，不僅影響塑件的強度，塑件的應(yīng)力，塑件的表面品質(zhì)等等。在實際生產(chǎn)過程中，為了能夠提高效率，縮短生產(chǎn)周期，往往會結(jié)合塑料成型CAE進行分析以此來確定最佳的設(shè)計方案。4.5.1充填分析過程在進行分析時，首先需要導(dǎo)入模具并進行網(wǎng)格劃分，然后通過選擇分析序列為快速充填，將材料設(shè)置為ABS，同時將工藝設(shè)置為所選注塑機的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，方可進行充填分析。在設(shè)計時暫定了兩種澆注方案，方案1為無冷料穴，澆口位置設(shè)置在塑件長度方向上中心的位置，由于本模具為一模兩腔，則澆口位置成軸對稱。方案2為設(shè)計冷料穴，澆口位置設(shè)置在塑件長度方向上偏離中心位置，兩個澆口位置成中心對稱?，F(xiàn)將兩種方案分別進行充填分析。方案1充填分析過程信息如圖4-5所示。圖4-5方案1分析過程信息方案2充填分析過程信息如圖4-6所示。圖4-6方案2分析過程信息可知方案2的最大注射壓力78.94MPa大于方案1的62.50MPa并且方案1的充填時間要低于方案2，所以方案1要優(yōu)于方案2。4.5.2充填時間充填時間充分反映了塑料熔體在流道和型腔內(nèi)的流動情況，通過查看充填時間可以直觀的了解到塑件充填情況以及查看塑件有充不足，遲滯的現(xiàn)象。在設(shè)計時，盡量滿足充填應(yīng)該平衡，塑件的各個遠端在同一時刻充滿。方案1分析之后的充填時間為0~2.195s如圖4-7所示。圖4-7方案1充填時間方案2分析之后的充填為0~2.679s如圖4-8所示。圖4-8方案2充填時間經(jīng)過對比，充填時間兩種方案相差不大，方案1略好于方案2。4.5.3氣穴位置當(dāng)材料從各個方向流向同一個節(jié)點時，就會生成氣穴。氣穴位于分型面時，可排出，但在塑件上時，氣穴不易消除。在設(shè)計時，盡量使氣穴數(shù)量在塑件個數(shù)較少方案1的塑件氣穴個數(shù)為80個位置如圖4-9所示。圖4-9方案1氣穴分布方案2的塑件氣穴個數(shù)為72個位置如圖4-10所示。圖4-10方案2氣穴分布通過對比，在氣穴缺陷上，方案2略好于方案1。4.5.4熔接痕的分析當(dāng)兩股塑料熔體的流動前沿匯聚到一起，或者一股塑料熔體的流動前沿分開之后聚合到一起，會產(chǎn)生熔接痕。澆口位置和個數(shù)以及其他因素均會影響熔接痕的產(chǎn)生。方案1的熔接痕如圖4-11所示。圖4-11方案1熔接痕方案2的熔接痕如圖4-12所示。圖4-12方案2熔接痕在熔接痕上方案2的熔接痕并未出現(xiàn)較多角度很大的熔接痕，而方案1出現(xiàn)了四條角度較大且細長的熔接痕，方案1與方案2的熔接痕個數(shù)和長度上相差不大，方案2好于方案1。4.5.5澆注方案的確定通過以上兩種方案的CAE分析對比以及通過查閱參考文獻[8]，在保證冷料穴的情況下，最終確定澆注方案為方案2。主流道始端直徑為5mm，末端直徑為8mm，長度為74mm，第一分流道直徑為6mm，長度為76mm，第二分流道直徑為4mm長度為15mm。冷料穴長度為9mm。澆口尺寸為2mm×2mm×1mm。澆注系統(tǒng)俯視圖如圖4-17所示。圖4-17澆注系統(tǒng)俯視圖澆注系統(tǒng)左視圖如圖4-18所示。圖4-18澆注系統(tǒng)左視圖

第五章成型零部件工作尺寸的計算本設(shè)計中成型零部件包括型腔和型芯還有鑲塊。在設(shè)計成型零件時，要根據(jù)塑料的特性，塑件的結(jié)構(gòu)以及精度要求等對其進行設(shè)計，保證成型零件具有合理的結(jié)構(gòu)，足夠的強度和剛度以及表面粗糙度等[7]。5.1型腔的設(shè)計5.1.1型腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計型腔按照結(jié)構(gòu)可分為兩大類，分別是整體式和組合式。本模具外形較為簡單，可以選擇整體式型腔，該類型腔由整塊材料制成，成型的塑件精度高，外形美觀。在本次設(shè)計中，選擇將型腔直接設(shè)置在定模板上，同時因為型腔要與塑料熔體直接接觸，所以定模板的材料選擇強度較高的45#，其強度為28HRC~32HRC。型腔材料為3Cr2Mo，強度為35~40HRC。5.1.2型腔工作尺寸的計算型腔徑向尺寸通過查閱參考文獻[9]表6-1，采用平均尺寸法來進行尺寸計算。計算公式為：L其中LM為型腔徑向尺寸，LS為塑件徑向公稱尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為型腔制造公差，通過查閱參考文獻[8]，可知材料ABS的平均收縮率為S=0.3+0.82=0.55%?！骺梢酝ㄟ^查閱參考文獻通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸:

LL查閱參考文獻[7]表2-11得出σzLL型腔深度尺寸通過查閱參考文獻[9]表6-1，采用平均尺寸法來進行尺寸計算。計算公式為:H通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸:H查閱參考文獻[7]表2-11得出σz1=HH5.2型芯的設(shè)計5.2.1型芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計型芯是與型腔配合完注塑成型的成型零件，型芯也與塑料熔體直接接觸，所以其材料的選擇、硬度要求、工藝的設(shè)計與型腔相同即可。所以動模板的材料選擇強度較高的45#，其強度為28HRC~32HRC。型腔材料為3Cr2Mo，強度為35~40HRC。5.2.2型芯工作尺寸的計算型芯徑向尺寸通過查閱參考文獻[9]表6-1，采用平均尺寸法來進行尺寸計算。計算公式為L其中LM為型腔徑向尺寸，LS為塑件徑向公稱尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為型芯制造公差，材料ABS的平均收縮率如上文所示?！骺梢酝ㄟ^查閱參考文獻獲得。σz可通過查閱參考文獻[8]表2-11通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸為：LS1=LS3=則通過公式計算可得出型腔徑向尺寸：LL型芯高度尺寸通過查閱參考文獻[9]表6-1，采用平均尺寸法來進行尺寸計算。計算公式為：H通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸：

HHH則通過公式計算可得出型腔深度尺寸：HHH5.3中心距尺寸的計算中心距尺寸通過查閱參考文獻塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件及設(shè)計應(yīng)用手冊表6-1，采用平均尺寸法來進行尺寸計算。計算公式為L其中LM為模具中心距尺寸，LS為模具中心距尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為模具中心距制造公差，通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸：

L則通過公式計算可得出型腔深度尺寸：L通過以上計算，型腔和型芯的成型尺寸標(biāo)注如圖5-1和圖5-2所示圖5-1型腔成型尺寸標(biāo)注圖5-2型芯成型尺寸標(biāo)注

第六章脫模機構(gòu)的設(shè)計

模具的脫模機構(gòu)是模具設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)，澆注完成后通過冷卻到塑料頂出溫度，為了能夠取出塑件，所需要的結(jié)構(gòu)為脫模機構(gòu)或稱頂出系統(tǒng)。如果脫模機構(gòu)設(shè)置不合理的話，在脫模時，可能會造成塑件頂穿，頂裂，斷膠還可能頂不出，頂針斷裂等一系列問題[8]。6.1結(jié)構(gòu)的設(shè)計在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要充分考慮塑料性能，塑件對頂出痕的要求，脫模力是否合格以及使用壽命等等問題。脫模機構(gòu)通常有普通頂針頂出機構(gòu)，普通有托頂針頂出機構(gòu)，普通扁頂針頂出機構(gòu)，直頂頂出機構(gòu)等，在本次設(shè)計中，為了能夠使模具結(jié)構(gòu)簡單，選用廣泛使用的普通頂針頂出機構(gòu)。此類機構(gòu)通常由頂針，頂針面板，頂針固定板，復(fù)位桿和復(fù)位彈簧組成。6.1.1頂針的設(shè)計頂針又可叫推桿。首先選擇推桿的規(guī)格，查閱參考文獻[8]表6-1，在選擇推桿規(guī)格時盡量不能使用非標(biāo)準(zhǔn)推桿，因為非標(biāo)推桿不僅價格相較于標(biāo)準(zhǔn)推桿昂貴，同時需要訂購，所需時間較長，同時若推桿一旦損壞，更換不便也是一個問題。在標(biāo)準(zhǔn)推桿中，當(dāng)直徑小于2.5mm時，需要使用有托推桿還要設(shè)計中托司，所以本次設(shè)計時，選用推桿直徑為6mm單個塑件有12個，本次設(shè)計為一模兩腔，總推桿個數(shù)為24個。推桿與模板上的推桿孔采用H7/f6間隙配合。推桿位置的設(shè)計查閱參考文獻[8]表6-2，排位圖如圖6-1所示。圖6-1推桿排位圖6.1.2水口頂針的設(shè)計水口頂針也叫水口拉料針，主要作用為是在脫模時將澆注系統(tǒng)里的塑料隨后模一起脫出，同時也能在此處進行貯藏冷料的作用，查閱參考文獻[8]表6-10，可知水口拉料針有三種結(jié)構(gòu)：環(huán)形扣拉料方式，勾槽拉料方式，留直身長膠柱拉料方式。從加工情況，生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本，以及會產(chǎn)生缺陷等方面進行考慮，本次設(shè)計中采用的是勾槽拉料方式，直徑則選用6mm的推桿。水口頂針與模板上的推桿孔同樣也采用H7/f6間隙配合水口頂針結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。圖6-2水口拉料針6.1.3頂出機構(gòu)的其它設(shè)計在設(shè)計完頂針之后需要對頂針面板，頂針固定板和復(fù)位桿進行設(shè)計。由于頂針固定板會與動模座板通過螺釘連接，在此處不進行頂針面板和頂針固定板的設(shè)計。復(fù)位桿設(shè)計在本設(shè)計書中后標(biāo)準(zhǔn)件的選用會進行設(shè)計，此處暫不設(shè)計。6.2脫模力的計算脫模力是指將塑件從型芯上脫出時所需克服的阻力。由于脫模力的計算與測量十分復(fù)雜，所以對于殼類塑件的脫模力可以簡化成圓筒形或矩形來近似計算。查閱參考文獻[7]中公式（2-39）薄壁矩形塑件的脫模力計算公式為：F式中K為脫模斜度系數(shù)fcα為塑料的線膨脹系數(shù)，1/℃E為脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量，MPaTf為塑料的軟化溫度Tj為脫模時塑件溫度T為塑件的壁厚，mmH為型芯脫模方向上的高度，mm其中K=fccosβ-查閱參考文獻[8]表2-12可以獲得以上參數(shù)。通過以上公式的計算，K=0.4324970.453533對于不通孔的殼形塑件脫模時還需克服大氣壓力造成的阻力Fb=0.1F6.3推出應(yīng)力的計算推出面積為A推桿推出應(yīng)力，根據(jù)參考文獻[8]表2-12取許用應(yīng)力[σ]為15MPaσ=F

第七章模架的選擇及標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇7.1模架的選擇根據(jù)參考GB/T12555-2006《塑料注射模架》，模架主要形式有大水口模架，細水口模架和簡化細水口模架。本設(shè)計選擇的模架為大水口模架，而大水口模架又包含了工字型模架，無面板的直身型模架，有面板的直身型模架，在此基礎(chǔ)上選擇為工字型模架。模架代號為CI-3540-A85-B85-C100[9]。7.1.1動模座板選用的規(guī)格長寬高為400×400×30mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。動模座板用于與注塑機連接，其中心存在頂棍孔，對稱分布著6個垃圾釘，4個用于連接方鐵墊塊的沉頭孔以及6個用于連接動模板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。圖7-1動模座板7.1.2推桿墊板選用的規(guī)格長寬高為400×220×25mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。墊板用于支承推桿固定板，并且通過與注塑機頂桿接觸來實現(xiàn)推出工作。墊板上對稱分布4個用于連接推桿固定板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-2所示。圖7-2推桿墊板7.1.3推桿固定板選用的規(guī)格長寬高為400×220×20mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。推桿固定板用于固定推桿。推桿固定板對稱分布著4個連接推桿墊板通孔，4個復(fù)位桿的沉頭孔以及25個推桿的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-3所示。圖7-3推桿固定板7.1.4動模板選用的規(guī)格長寬高為400×350×85mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。動模板用于固定導(dǎo)柱與型芯。動模板上對稱分布著6個用于連接底板和墊塊的螺紋孔、4個安裝復(fù)位桿的通孔、4個安裝導(dǎo)柱的沉頭孔、4個用于連接型芯的沉頭孔，25個安裝推桿的通孔以及和2個螺紋孔。其具體結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。圖7-4動模板7.1.5定模板選用的規(guī)格長寬高為400×350×85mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。定模板用于固定型腔和安裝澆口套等作用。定模板上對稱分布著6個用于連接定模座板的螺紋孔、4個安裝導(dǎo)柱的沉頭孔、4個用于連接型腔的沉頭孔，1個安裝澆口套的沉頭孔以及和2個螺紋孔。其具體結(jié)構(gòu)如圖7-5所示。圖7-5定模板7.1.6定模座板選用的規(guī)格長寬高為400×400×30mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。定模座板用于與定位環(huán)連接，其中心存在定位環(huán)的沉頭口，4個螺紋孔以及6個用于連接定模板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。圖7-6定模座板7.2標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇根據(jù)參考文獻塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件及設(shè)計應(yīng)用手冊和GB/T4169.1-2006~GB/T4169.23-2006和GB/T4170-2006。對帶頭導(dǎo)套，帶頭導(dǎo)柱，定位圈，澆口套和螺釘?shù)倪x用進行了設(shè)計，結(jié)構(gòu)情況見裝配圖和零件圖。

第八章冷卻系統(tǒng)的設(shè)計在注塑模設(shè)計中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計也是重要組成部分，在模具成型過程中，塑件的品質(zhì)會被模具溫度直接影響到。通常冷卻設(shè)計有三種方法，一種用風(fēng)作為介質(zhì)，一種用油作為介質(zhì)，還有一種用水作為介質(zhì)。以ABS為原料的塑件的成型溫度通常在180oC至230oC之間、其模具的溫度最好控制在25oC至70oC之間。大部分冷卻介質(zhì)可以選擇冷卻水，因為水的價格低，且水的比熱容相比其他冷卻液體很高。所以從這兩方面綜合考慮本模具選擇冷卻水作為冷卻介質(zhì)。8.1冷卻系統(tǒng)的簡略計算在實際情況中，模具冷卻系統(tǒng)的計算十分復(fù)雜，所以此處對模具冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建進行了初步的計算。在忽略了模具因為空氣對流，熱輻射以及與注射機接觸所觸發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料熱阻的基礎(chǔ)上，對其進行了初步計算。8.1.1塑件在固化時每小時釋放的能量Q 查閱參考文獻[8]p103頁公式Q=W式中Q1為單位質(zhì)量放出的熱量，查閱參考文獻[11]表9.8-4得出ABS單位質(zhì)量放出的熱量為310kJ/kg~400kJ/kg，本設(shè)計取為350kJ/kgW為單位時間內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（kg/min），在此次設(shè)計中，每分鐘生產(chǎn)1次，則周期為1，則W=1Vρ=1×131.25×1.1≈0.14438.1.2冷卻水體積流量qVq式中，qV為水的體積流量，Q為單位時間內(nèi)ABS釋放的熱量，c為水的比熱容c=4.187J/（kg·℃)，ρ為水的密度ρ=1×103kg/m3，θ1為水的出口溫度θ1=288.1.3冷卻管道直徑d查閱參考文獻[7]表4-30，因為湍流狀態(tài)的冷卻水冷卻效果最好，所以取冷卻管道直徑為6mm。8.1.4冷卻水在管道內(nèi)的流速VV=滿足湍流要求。8.1.5冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)hh=8.1.6冷卻管道的總傳熱面積A A=8.2冷卻回路的布置在查閱參考文獻[12]，對比了U形和隨形冷卻水道和從模具結(jié)構(gòu)簡單為出發(fā)點，本設(shè)計為U形冷卻水道。對計算結(jié)果進行分析，釋放的總熱量很小、冷卻回路所需的總表面積同樣很小，所以考慮到模具生產(chǎn)制造的成本以及為了制造生產(chǎn)方便，可直接選取最常見的單組單層冷卻水道。通過查閱參考[7]，設(shè)計出的冷卻水道如圖8-1和圖8-2所示。圖8-1冷卻水道分布主視圖圖8-2冷卻水道分布俯視圖8.3冷卻系統(tǒng)的分析冷卻分析可以用來模擬塑料熔體在模具內(nèi)的熱量傳遞情況，從而可以判斷塑件冷卻效果的優(yōu)劣?；谇笆鲈O(shè)計，通過Mudflow軟件繪制了冷卻水道，對冷卻分析工藝條件進行設(shè)置，然后對冷卻系統(tǒng)進行了分析，結(jié)果如下?；芈妨鲃铀俾嗜鐖D8-2所示，分布均勻。圖8-2回路冷卻速率回路液雷諾數(shù)如圖8-3所示，本設(shè)計的雷諾數(shù)為10000，符合湍流的要求。圖8-3回路液雷諾數(shù)如圖8-4所示，經(jīng)過分析，回路管壁溫度溫差大概在3.49℃，小于5℃，符合設(shè)計的要求。圖8-4回路管壁溫度分布圖如圖8-5所示，回路冷卻液溫度分布，通過分析回路冷卻液溫度升高了2℃，滿足了不要超過3℃的規(guī)定。圖8-5回路冷卻液溫度分布圖

第九章注塑模具的經(jīng)濟分析9.1注塑模具零件成本的計算在本次設(shè)計中，注塑模具的動模座板、墊塊、推桿墊板、推桿固定板、動模板、定模板、定模座板采用的材料為45鋼，45鋼所具有的硬度、強度等性能足以滿足注塑模具的需求。而成型部位的關(guān)鍵零件型腔和型芯所采用的材料為3Cr2Mo，3Cr2Mo相比于45鋼具有更高的強度。通過對市場原材料進行調(diào)查，已知45鋼的價格為5元/千克，3Cr2Mo鋼的價格為7.5元/千克。45鋼的密度為7.85g/cm3，40Cr的密度為7.31g/cm3。首先進行各零件質(zhì)量的計算：動模座板的體積為4800cm3，質(zhì)量為4800×7.85=37.7kg墊塊的體積為2100cm3，質(zhì)量為2100×7.85=16.49kg推桿墊板的體積為2200cm3，質(zhì)量為2200×7.85=17.27kg推桿固定板的體積為1760cm3，質(zhì)量為1760×7.85=13.82kg型芯的體積為2565cm3，質(zhì)量為2565×7.31=20.14kg型腔的體積為2565cm3，質(zhì)量為2565×7.31=20.14kg動模板的體積為9335cm3，質(zhì)量為9335×7.85=72.99kg定模板的體積為9335cm3，質(zhì)量為9335×7.85=72.99kg定模座板的體積為4800cm3，質(zhì)量為4800×7.85=37.7kg本注塑模具各零件的成本如表7-1所示。表7-1讀表器外殼各零件成本名稱材料數(shù)量（個）質(zhì)量（kg）單價（元/kg）總價（元）動模座板45#137.75188.5墊塊45#116.49582.45推桿墊板45#117.27586.35推桿固定板45#113.82569.1型芯3Cr2Mo120.147.5151型腔3Cr2Mo120.147.5151動模板45#172.995365動模板45#172.995365定模座板45#137.75188.5總計1646.9元9.2標(biāo)準(zhǔn)件成本得計算讀表器外殼注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)件包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口套、定位圈、復(fù)位桿、推桿、管接頭、內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)取Ｆ淇們r格估計在1000元。9.3總成本除了模具零件和標(biāo)準(zhǔn)件的成本外，總成本還包括其他生產(chǎn)成本。其他生產(chǎn)成本包括上述所有板材的加工、ABS材料成本和技術(shù)成本設(shè)計人員成本和工人工資。同時，還包括模具調(diào)試費用、水、電、廠房等因素。采用經(jīng)驗計算法對注塑模具的成本進行了計算一般情況下，注塑模的材料成本占總成本的15%～30%，本次設(shè)計取平均值為25%，所以讀表器外殼注塑模的總成本約為11777.78元。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計通過使用AutoCAD2021、UG12.0以及Moldflow2019等計算機軟件完成了對某讀表器外殼的設(shè)計，具有一定的實際意義。這次畢業(yè)設(shè)計主要考查了與注塑模具相關(guān)的專業(yè)知識。本文對所選的材料ABS塑料特性進行了介紹、分析了讀表器外殼的結(jié)構(gòu)工藝性、設(shè)計了讀表器外殼注塑模具的詳細結(jié)構(gòu)，并對所完成的設(shè)計進行CAE分析，確保了設(shè)計方案的合理性。下面敘述本次畢業(yè)設(shè)計所主要完成的幾項工作：

1.根據(jù)任務(wù)書，首先分析讀表器外殼的成型工藝性以及選擇了塑件材料為ABS，在此基礎(chǔ)上，通過UG軟件確立了塑件的體積再計算處理塑件的質(zhì)量，確定型腔數(shù)量為一模兩腔和分型面，對注塑機進行了初選，初步選取了注塑機之后，校核了注射量，注射壓力以及鎖模力完成了注塑機的選取。2.根據(jù)任務(wù)書，通過查看讀表器外殼的二維結(jié)構(gòu)圖。使用UG12.0軟件對讀表器外殼進行了三維實體造型。同時將讀表器外殼的UG三維實體模型導(dǎo)入到Moldflow2019中進行CAE分析。將讀表器外殼劃分為11498個三角形雙層面網(wǎng)格，完成了對讀表器外殼的澆口和成型窗口分析。3.在設(shè)計澆注系統(tǒng)時，初步確定了兩種澆注方案，在此基礎(chǔ)上，通過對兩種澆注方案的模流分析，對比了兩種方案的優(yōu)劣性，確定了最終的澆注方案。對成型零部件尺寸進行了計算，從而確立了型腔和型芯的結(jié)構(gòu)和尺寸。同時對脫模機構(gòu)進行了設(shè)計并完成了校核。在此基礎(chǔ)上，選取了模架和一些標(biāo)準(zhǔn)件。4.根據(jù)讀表器外殼注塑模具所設(shè)計的尺寸，使用AutoCAD2021軟件并參考標(biāo)準(zhǔn)畫法，對讀表器外殼注塑模具的二維裝配圖和零件圖進行了繪制。5.粗略的估算了整套模具所需要的成本。綜上本次設(shè)計將會對小型外殼類塑件具有參考意義。

謝辭讀